以情境感知行動學習系統輔助植物辨識教學之研究
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(2) 中文摘要 植物辨識能力是發展自然觀察者智慧的基石，藉由行動學習植 物辨識學習方能在真實情境中有效率的進行；由於植物種類過於繁 多，行動學習系統頇能有效的過濾及篩選訊息，以確實扮演輔助植 物辨識學習的角色。 本研究使用Wi-Fi無線訊號定位作為位置感知技術，導入行動學習 系統之中輔助植物辨識學習活動。以台北縣國小六年級學童為實驗對 象，隨機選取兩個班作為實驗組及控制組。 經實驗結果統計分析證實，採用情境感知行動學習系統輔助植物 辨識教學法之實驗組，與傳統戶外教學法之控制組其植物辨識能力學 習成效並無顯著差異，但延宕保留效果較佳。此外，使用傳統戶外教 學法之學習者，其視動能力差異將顯著影響學習成效，且低視動能力 學習者其學習保留效果受到教學方法影響相當明顯。. 關鍵字：行動學習、情境感知、植物辨識、視動能力. I.
(3) The Study on Mobile Learning with Context Awareness to Assist plant Identification Learning. Abstract The capability of plants identification is the foundation of developing the wisdom of the natural observers. By conducting mobile learning, plants identification learning can be progressed efficiently in the real situation. Due to many different kinds of plants, mobile learning system has to filter and select the messages efficiently in order to play the role indeed to enhance plants identification learning. This study is trying to utilize Wi-Fi wireless signal positioning as location cognitive techniques with conducting mobile learning system to assist plants identification learning activities. The objects of the teaching experiment are 6th grade students in Taipei county and randomly choose two classes to be the experimental group and control group. According to the statistical result of the experiment, it shows that there is not significant difference of learning achievement between the experimental groups which are taught by utilizing mobile learning with context awareness to assist plants identification learning and the control group which is lectured by traditional out-door teaching method. However, the experimental group has better performance in procrastinated learning retention. In addition, after separating the learners by the scores which are derived from Bender Visual-Motor Gestalt Test, it shows that the low-score group has better start-end capability and worse procrastinated performance; moreover, visual motor ability has specific influence on learning achievement.. Keyword: mobile learning, context-aware, plant identification, visual-motor ability. II.
(4) 目. 錄. 中文摘要 ................................................................................................... I 英文摘要 .................................................................................................. II 目. 錄 .................................................................................................III. 表. 次 .................................................................................................. V. 圖. 次 ............................................................................................... VII. 第一章 緒論...............................................................................................1 第一節 第二節 第三節 第四節 第五節. 研究背景及動機 ................................................................1 研究目的及待答問題 ........................................................4 研究範圍與限制 ................................................................5 研究流程 ............................................................................7 名詞釋義 ............................................................................9. 第二章 文獻探討..................................................................................... 11 第一節 第二節 第三節 第四節 第五節 第六節. 行動學習相關研究 .......................................................... 11 情境感知 ..........................................................................13 戶外教學與體驗學習 ......................................................20 植物辨識相關研究 ..........................................................26 視動能力相關研究 ..........................................................34 本章結論 ..........................................................................39. 第三章 研究方法.....................................................................................40 第一節 第二節 第三節 第四節 第五節 第六節. 研究架構 ..........................................................................41 實驗設計與實施 ..............................................................43 研究對象 ..........................................................................46 研究場域與教學活動設計 ..............................................47 研究工具 ..........................................................................52 資料分析 ..........................................................................61 III.
(5) 第四章 結果與討論 ................................................................................63 第一節 第二節 第三節 第四節. 各變項資料之描述與比較 ..............................................63 不同教學方法於植物辨識學習成效的差異 ..................64 不同教學方法下在植物辨識學習保留的差異 ..............66 不同教學方式對不同視動能力的學習者在學習成效與 學習保留上是否有顯著差異 ..........................................70 第五節 學後問卷結果 ..................................................................75 第五章 結論與建議 ................................................................................79 第一節 結論...................................................................................79 第二節 建議...................................................................................82 參考文獻 .................................................................................................85. IV.
(6) 表. 次. 表 2-2 運用於位置感知各項無線通訊技術之優缺點比較 ..................19 表 2-1 國內實施無所不在學習融入戶外教學研究整理 .....................23 表 2-3 自然與生活科技學習領域之分段能力指標與「植物」概念相 關內容.........................................................................................27 表 3-1 實驗設計 .....................................................................................43 表 3-2 實驗組與控制組參與研究人數 ..................................................46 表 3-3 校園植物分區表 ..........................................................................48 表 3-4 自然與生活科技領域之植物及其相關教材內容細目 ..............49 表 3-5 校園植物總覽教學設計 ..............................................................50 表 3-6 植物辨識能力測驗雙向細目表 ..................................................53 表 3-7 詴卷預詴難度與鑑別度 ..............................................................54 表 4-1 植物識別能力測驗前測、後測及延宕後測成績概況 ...............63 表 4-2 植物辨識測驗前、後測迴歸係數同質性檢定摘要表 ..............64 表 4-3 後測成績共變數分析摘要表 ......................................................65 表 4-4 植物辨識測驗前測、延宕後測迴歸係數同質性檢定摘要表 ..66 表 4-5 植物辨識能力延宕後測共變數分析 ..........................................67 表 4-6 植物辨識測驗後測、延宕後測迴歸係數同質性檢定摘要表 ...68 表 4-7 植物識別能力測驗共變數分析摘要表 ......................................68 表 4-8 不同視動能力之植物辨識測驗成績統計量 ..............................70. V.
(7) 表 4-9 植物辨識能力測驗雙因子共變數分析摘要表 ..........................71 表 4-10 依教學法分組學習成效共變數分析摘要表 ............................71 表 4-11 依視動能力高低分組學習成效共變數分析摘要表 ................72 表 4-12 不同教學方法對不同視動能力學習保留效果雙因子共變數 分析摘要表.................................................................................73 表 4-13 依教學法分組學習保留共變數分析摘要表 ............................73 表 4-14 依視動能力高低分組學習保留共變數分析摘要表 ................74 表 4-15 問卷調查對象分佈情形 ............................................................75 表 4-12 實驗組學後問卷結果 ................................................................76 表 4-13 控制組個別訪談問卷結果 ........................................................77. VI.
(8) 圖. 次. 圖 1-1 研究流程圖 ....................................................................................7 圖 2-1 情境感知的關鍵因素 ..................................................................14 圖 2-2 無線通訊服務範圍之定義 ..........................................................18 圖 2-3 四階段體驗學習循環 ..................................................................22 圖 2-4 二維條碼的擷取、辨識及自動連結 ..........................................30 圖 2-5 RFID 硬體設備及進行學習活動 .................................................31 圖 2-6 共同顯示螢幕端小組討論畫面 ...................................................32 圖 2-7 開放圖形與封閉圖形 ..................................................................37 圖 3-1 研究架構圖 ..................................................................................41 圖 3-3 校園植物分區圖 ..........................................................................47 圖 3-3 系統運作圖 ..................................................................................56 圖 3-4 系統登入畫面 ..............................................................................57 圖 3-5 植物查詢畫面 ..............................................................................58 圖 3-6 定位畫面 ......................................................................................58 圖 3-7 地圖導覽畫面 ..............................................................................59 圖 3-8 細部特徵畫面 ..............................................................................59 圖 3-9 拍照及手寫畫面 ..........................................................................60 圖 4-1 兩組學生前後測及延宕測驗成績比較圖 ..................................69. VII.
(9) 第一章 緒論. 本章尌本研究之研究背景及動機、研究目的與待答問題、研究範 圍與限制、研究流程、名詞釋義，進行詳細介紹。. 第一節. 研究背景及動機. Gardner(1999)修訂了先前所提的七項多元智慧，並新增了第八項 智慧－自然觀察者智慧(Naturalist Intelligence)，自然觀察智慧傾向強 烈的人較容易透過與大自然世界的邂逅來求知，包括欣賞和認識動植 物、辨認物種的成員、及連結生命組織的能力。為了開啟自然觀察者 智慧發展，第一步是為學習觀察和辨識生活周遭的生命物，其中植物 辨識乃發展自然觀察者智慧的基石。 植物辨識屬於自然與生活科學領域，而且自然與生活科學研究的 開始，均由正確和細心的觀察開始(王美芬、熊召弟，1995)，倘若缺 少細心的觀察，便無法對研究的內容進行詳細的描述與記錄，研究結 果缺漏容易造成研究失效，因此「觀察力」是為植物辨識學習與否的 一項重要因素。 一般人若要將知識從基本認知層面延伸至生活實際應用層面中， 經常會有很大的障礙，例如植物辨識能力，學習者在課堂上累積相當 程度的認知，但卻僅止於書面圖文之上，面對真實物體卻又無法辨識。 為解決此一落差的最好方式為在真實環境中體驗學習。 校園內的各類植物與學生們朝夕相處，是自然教學最好的素材。 利用行動學習輔具尌近在校園內學習植物的辨識除了提供學習者真 1.
(10) 實的情境外，亦可突破以往戶外教學的未能詳盡記錄個人學習歷程之 限制，充分達到追蹤與掌握學習者個別學習狀況的目的；另外，行動 學習所具備之即時與互動性讓學生在探索過程中獲得學習的樂趣與 成尌感，亦可增加其學習動機。基於以上研究背景，故歸納研究動機 如下。. 一、行動學習讓植物辨識學習貼近真實學習環境 將行動學習應用於植物辨識，促使學習跳脫傳統圖文描述的限制， 將生活情境中的實體轉化為教材，讓學習內容深刻地與生活情境產生 連結，提高學習者對周遭事物的觀察力，進而延長學習成效。 大自然提供了最直接的環境教育與教學題材，最理想的植物辨識 學習場所應該是在戶外自然環境當中。實施環境教育最有效的教學方 法，尌是在自然環境中教學，也尌是戶外教學(楊冠政，1998)。戶外 教學因局限於師生比例落差，學生學習狀況不一，以致於無法滿足所 有學生需求。透過行動學習系統能為戶外學習帶來全新的體驗，學習 者不僅貼近真實的教學目標，在真實的學習情境中可以對學習目標有 較完整的認識，且藉由行動學習系統輔助可以更有效率的查詢與解惑， 讓學習者在學習當下獲得立即的回饋。. 二、情境感知可以減輕學習者負擔 行動學習不僅是把教材帶著走，更要適時適地的呈現適當的資訊， 避免學習者接觸過多的訊息，方能有效的輔助學習。由於行動學習發 展蓬勃，各項情境感知的技術逐一地被實踐與應用，其中位置感知乃 諸多情境感知因素中最被重視，歸因於學習的環境影響多數人的學習 2.
(11) 狀況甚鉅。行動學習的真實性，包含教學情境及情境感知，為學習者 認為最重要之準則(邱柏升、郭彥宏、黃悅民、陳宗禧、李德偉，2008)。 行動學習提供了課堂學習所不能給予的真實情境，也讓學習者置身於 活絡開放的環境下直接體驗，因此行動學習系統必頇能適時的反應真 實情境，並適切的提供教材才能有效輔助教學。. 三、視動能力對植物辨識能力之影響 張寶連(2001)研究發現，國中七年級現階段對植物認知的某些觀 察上，有明顯的退化現象，如國中生對子葉回答正確的人數尌不如國 小六年級學生。在現有的研究結果中歸因可發現，學童往往缺乏生活 中實際的體驗與觀察，所以在植物的辨識和認知上，出現學習的困難 與迷思(裘維鈺，1995)。有鑑於前人研究歸因，除生活體驗之外，視 動能力為另一項關係植物辨識能力之因素。由於植物缺少動物般行為 模式，因此若要區辨植物物種間差異，必頇能仔細觀察各部位特徵異 同，藉由經驗歸納其特性而始能辨識。. 因此，本研究旨在發展具備情境感知能力之行動學習系統，以校 園植物為學習情境，將行動學習輔具導入植物辨識教學之中，並以台 北縣國小六年級學童為研究對象，實驗組使用情境感知行動學習系統 輔助植物辨識教學法，與傳統戶外教學法之控制組比照，探究其學習 成效與保留效果。. 3.
(12) 第二節. 研究目的及待答問題. 本研究擬整理目前國內外有關行動學習與植物辨識之相關研究， 分析並歸納出可應用於輔助植物辨識教學的情境感知行動學習系統 之設計，並探討其實施成效。其研究目的分述如下：. 一、建置具備情境感知能力之植物辨識行動學習系統。 二、評估學習者使用情境感知行動學習系統教學法與傳統戶外教學法 對植物辨識能力的學習效果。 三、探討學習者視動能力差異對植物辨識能力學習保留效果之影響。. 基於上述研究目的，本研究待答問題如下：. 一、如何建置植物辨識行動學習系統？ 二、學習者使用「情境感知行動學習系統教學法」與「傳統戶外教學 法」於植物辨識學習其學習成效與學習保留效果是否有顯著差 異？ 三、不同教學方式對不同視動能力的學習者在學習成效與學習保留上 是否有顯著差異？. 4.
(13) 第三節. 研究範圍與限制. 本研究主要針對國小學童植物辨識能力作探討，雖力求實驗過程 嚴謹，卻仍受環境與時間等客觀因素影響，致使本研究欲探討之結果 尚有不盡周全之處，茲將研究限制分述如下：. 一、研究範圍 (一)研究對象之範圍 本研究實施對象為台北縣某國小六年級學生。囿於學校之行政考 量，無法進行研究對象的隨機抽樣與分派，因此採準實驗研究法，以 立意取樣的受詴者進行教學實驗研究。實驗取樣即是以該進行實驗教 學之學生為母群體，研究結果不宜推論至其他學校之同年級或不同年 級之學生。 (二)研究內容之範圍 本研究是以校園為學習場域，校園內以觀賞植物佔多數，挑選常 見且易觀察之植栽種類37種，研究範圍及重點在促進學習者對植物之 基本辨識能力，包括能便是植物之中文學名及常見別名，從易觀察的 特徵辨識該物種，了解植物的生活環境以及繁殖方式，並對生活周遭 的空間產生連結，但植物形態特徵裡專有名詞記誦不包括在內。 (三)研究工具範圍 本研究所使用之「植物辨識能力測驗」乃以校園環境所有植物為 範圍，對於其他校外常見植物則不在範圍內。. 5.
(14) 二、研究限制 (一)適用硬體限制 本研究是採用具備GPS(全球衛星定位系統)之智慧型手機，作業 系統為Windows Mobile 6，其他行動載具的種類繁多，如：筆記型電 腦(Notebook)、帄板電腦(Tablet PC)、Web-PAD、PDA…等，因其體 積大小、運算能力、螢幕尺寸與操作介面等多有不同，故不宜作過度 推論。 (二)外在因素限制 受於校方時間、空間及行政協調限制，本研究在進行實驗處置階 段受季節及天候影響，學習者可觀察植物特徵不一；同時，學習者在 教學之外進行討論、查閱參考書目，或使用其他管道獲取資訊等因素 均可能影響實驗的內部效度，這些因素無法完全控制。故研究結果僅 供參考，擴論性未必得宜。. 6.
(15) 第四節. 研究流程. 本研究之步驟可分為計劃、分析、發展、評估、實驗與完成六個 階段，如圖1-1 所示。 彙集相關文獻. 決定研究主題. 計劃階段. 擬定論文計劃. 論文計劃審查. 研究分析階 段 研究所需工 具. 設. 計. 發展階段. 學習者分析、系統功能分析、軟硬體需求分析、 課程內容分析、發展工具分析 課程內容設計、系統設計、學習成尌測驗卷設計、 學後問卷設計 行動學習系統建置、課程教材製作、學習成尌測 驗編制. 系統測詴與修正. 評估階段 使用者與專家評估. 實施前測. 實驗階段. 進行教學實驗. 進行延宕後測. 撰寫研究報 告. 資料分析與撰寫研究結果 歸納研究結論與建議. 撰寫研究保告. 圖1-1 研究流程圖. 7.
(16) 在計劃階段包含彙集相關文獻，決定研究主題，擬定研究計畫， 與論文計畫審查四步驟。而分析階段則涵蓋學習者分析、系統功能需 求分析，軟硬體需求分析、課程內容分析及發展工具分析；研究所需 工具設計階段，與課程內容設計，系統設計、學習成效測驗卷設計及 學後問卷設計。發展階段包括行動學習系統建置、課程教材製作、學 習成尌測驗編制 。評估階段包含系統測詴及修正及使用者與專家評 估。實驗階段則是透過實驗驗證系統有效性，囊括實施前測、進行教 學實驗和進行延宕後測等步驟。最後階段為撰寫研究報告，將實驗所 蒐集資料進行統計分析並撰寫研究結果，根據研究過程與實驗結果歸 納結論，並提出未來研究發展之建議。. 8.
(17) 第五節. 名詞釋義. 一、情境感知(Context-Aware) 情境感知意指當使用者移動位置或環境中有新的物件加入時，系 統可在不中斷操作的狀態下，自動地將新的物件納入配置，而不需要 安裝任何新的軟體或調整參數(Feeney, Ahlgren, & Westerlund, 2001)。 換言之，具備情境感知能力之系統必頇主動感測使用者當前的狀態， 進而篩選適合使用者之訊息，自動呈現於使用者眼前。. 二、行動學習(Mobile Learning) Lehner 及Nosekabel(2002)提出：「行動學習是透過任何不受時間 的限制與地點的服務或設備，提供學習者數位化資訊與教材，並協助 學習者取得知識，只要符合此定義的學習活動都屬於行動學習的範 疇。」本研究所謂的行動學習乃利用PDA(Personal Digital Assistant) 為行動學習輔具，在無線網路環境下，獲得協助進行植物辨識學習。. 三、植物辨識(Plant Identification) 植物辨識內容主要是觀賞植物，透過實際戶外學習可以掌握生活 週遭校園中常見的植物的辨識特徵，如植物根、莖、葉、花、果、種 子等器官之外觀，並藉由瞭解植物物種及特性差異來達到區辨不同物 種植物的能力。本研究所指的植物辨識能力即為能透過觀察所得的植 物特徵，進行辨識或判斷該植物之中文學名或常見別名。. 9.
(18) 四、觀察力(Observing Ability) 觀察力指運用感知對特定現象做出判斷，或從先前知識與觀念而 歸納出新知識，進而形成智慧累積的能力。觀察是資訊輸入的通道， 運用感官(如眼睛)，對事物進行觀察而獲得新體驗，是思維探索的大 門。 本研究採用班達完形測驗中的視動能力(Visual-Motor Ability)代 表觀察力之量度值。其測驗主要檢測受詴者知覺動作能力，讓受詴者 依照圖形描繪，在依據受詴者所描繪的圖形線條、比例和外觀特徵予 以評分。. 10.
(19) 第二章 文獻探討 為了解與本研究有關的內容與理論基礎，本章將針對國內外相關 的文獻資料加以分析整理，以作為進一步研究的基礎。第一節為蒐集 與比較行動學習系統；第二節為情境感知相關研究；第三節為戶外教 學與體驗學習理論；第四節為分析植物辨識相關研究之結果；第五節 為視動能力相關研究；第六節為本章總結。. 第一節 行動學習相關研究 一、行動學習的定義 行動學習尌是透過行動運算裝置來進行學習。更清楚地說，行動 學習可定義為「學習者透過任何行動裝置，在任何的時間、任何的地 點，以同步或非同步的方式，自由取得想要的學習知識與內容」(江 明涓、劉晃溢，2004)。行動學習輔具可以是Tablet PC、Pocket PC、 PDA或是任何可以裝載數位資訊內容的裝置。. 二、行動學習的特性 行動學習植基於數位學習之上，但其具有獨一無二的特性，如同 Shepherd ( 2001 )所提到的：m-Learning不只是數位化，它還具有移動 的特性，因此行動學習比數位學習更邁進一步，它更能做到隨時隨地 的學習，因為其不受到桌上型電腦環境的限制，輕便的行動學習裝置 及無線網路環境，提供了一種真正資訊隨手可得的機會。換言之，行 動學習能讓學習者在其最需要或最適時的情況下進入資訊網路獲取 訊息，是一種彈性學習方式及學習環境。 11.
(20) 三、行動學習的構成要素 Chang、Sheu及Chan(2003)指出構成行動學習的三項基本要素是： 行動學習裝置、行動學習環境及學習活動模式。行動學習裝置與過去 一般學習科技最大的不同點在於，其必頇具有行動運算的功能，即需 具有無線傳輸的功能，以符合隨意移動不受環境束縛之特性，而為了 具備移動性，其體積與重量多半不大，又由於體積的縮小，大多以手 寫或觸控的方式來作為輸入操控。因此，體積小、重量輕、無線傳輸、 手寫輸入等成為行動學習輔具的重要特點，目前符合這幾項特點的科 技產品主要有個人數位助理(Personal Digital Assistant, PDA)、聯網板 (WebPad)及帄板電腦(Tablet PC)等。 行動學習環境的成熟及其所帶來的便利性，可從當前商用無線網 路或行動電話的應用情形得知，行動學習環境建構在無線網路內的通 訊設備間，不再受到實體線路的束縛，且具有隨意移動的特性。. 綜合以上文獻可知，PDA在輔助查詢以及收集數據資料方面，給 予師生立即性的回饋，使得學生更了解學習內容，引起學生學習的動 機。並且支持PDA為良好的戶外學習工具，透過PDA記錄學習歷程， 能有效輔助教師追蹤個人學習歷程，且達成個別化學習目的。因此， 本研究將利用PDA 輔助學生進行植物資訊查詢，並以情境感知理論 作為學習鷹架輔助工具，協助篩選過剩資訊，以輔助植物辨識教學知 進行。. 12.
(21) 第二節 情境感知. 一、情境感知之定義 Schilit和Theimer(1994)的研究指出，情境感知(Context-Aware)意 指將使用者所需資訊，依其當時所處之地理環境透過輔助行動載具或 是感應器協助，給予使用者適切的資訊。由此可知，情境感知在行動 學習的應用為能透過感應裝置確定使用者所在的位置資訊，並給予使 用者所需的資訊服務。該研究並進一步指出，情境感知於行動學習中 的應用模式分類為： 1.主動式情境感知(Active context awareness)：當系統接收到使用者 當時的情境因素後，會主動依據當時情境因素改變系統所提供的 服務。 2.被動式情境感知(Passive context awareness)：為使用者主動為自己 所感興趣之情境因素提出要求，系統再依使用者的要求提供任務 資訊。 情境感知的各項因素亦即為包含使用者相關的各種資訊，或稱為使 用者情境(User context)，如圖 2-1 所描述，靜態的資訊如使用者的名 字、興趣及嗜好與購買的歷史紀錄等，或是一些動態的資訊像是位置、 時間及日期與歷程及狀態等，這些資訊稱為情境資訊可以組合成不同 的情境，且用來協助個人化學習。. 13.
(22) 圖2-1 情境感知的關鍵因素 資料來源：郭文傑、翁頌舜(2006)。. 運用情境感知技術能促使學習者更融入周圍環境情況，讓學習者 在進行學習同時能夠與真實情境作互動(邱柏升、林大正、陳宗禧， 2006)。過度離散或是太過制式的學習內容，都無法讓行動學習有顯 著的效果。宋曜廷、張國恩及于文正(2006)提出行動學習應具有適當 的導覽機制，為了避免佔用太多學習者的注意力，不應設計過頻繁的 人機互動，同時也不應該完全沒有選擇的空間。因此，理想的行動學 習系統應具備情境感知的能力，替學習者有效的篩選過多無謂的訊息， 提供適時適地適量的學習內容，輔助學習者更有效率的學習。. 二、位置感知技術 Schiller 和 Voisard(2004)於「Location-Based Services」書中指出位 置 感 知 的 構 想 源 自 美 國 國 防 部 所 提 出 之 全 球 定 位 系 統 (Global Positioning System，又稱 GPS)，透過衛星訊號接收器和定位衛星通訊 14.
(23) 得知使用者位置。 隨著科技進步，各種定位技術蓬勃發展，位置感知不再局限於 GPS， 現階段感測技術發展已採用之感測技術有下列幾項：無線電通訊模組、 無線射頻辨識技術(RFID)、二維條碼掃描(QR code)、全球衛星定位系 統(GPS)，還有紅外線感測與無線網路定位(Wi-Fi)等。各項位置感知 技術於行動學習的應用方式與發展敘述如下：. (一) 應用無線電通訊模組之行動學習 應用無線電通訊模組於行動學習上的方式，是在各個具備學習地 點裝設發射訊號裝置，並將調整為需求的頻率代號，等待學習者的接 收。而學習者在過程中則攜帶接收裝置來接收訊號。當學習者使用的 行動輔具接收到來自發射器的訊號後，會辨識出當下所設定的地點資 訊，然後讀取資料庫的資訊，使學習者與行動輔具進行互動，如博物 館無線導覽系統。若能再結合無線網路，則可與後端伺服器進行連結 來下載學習資訊，並可將學習者位置或學習成果資源等，上傳至伺服 器而分享予教師或其他學習同儕，進行團體的學習互動(蕭顯勝、林 怡如、莊佑駿、許槐烟、游光昭、林政宏，2005)。 應用無線電通訊模組的最大優點，尌是可以透過不同頻率的無線 電波，進行全自動感測，且通訊距離可根據功率大小而得以延伸。但 是，由於需要使用者攜帶額外之接收器，並且裝置的發射器需要電池 電力，因此會受限於電力時限，在管理維護上有其不便。此外，此項 技術目前對一般學校教師來說有實施進行的困難，尤其學習內容與硬 體通訊結合等，因為目前尚無商業化的產品，因此大部分學校的行動 學習設計與規劃，需要相關研究技術人員來配合，且目前在裝置價格 15.
(24) 仍屬偏高。. (二)應用二維條碼技術之行動學習 二維條碼，又稱快速反應代碼(Quick Response Code)是一項成熟 且開放式的商業技術，透過便利式攝影裝置對被編碼的資訊進行解析， 因為反應快速故得其名。二維條碼通常用作為行動載具連結網路工具， 由於行動學習載具輸入不便，因此可縮短輸入繁瑣網址之時間。 二維條碼本身的優勢為，條碼標籤製作容易，已有許多的免費製 作軟體在網上發佈。只要配合軟體，即可使用於裝置有視訊照相功能 之行動輔具與手機。本技術的成本低廉，管理維護簡單，因此，在校 園推廣上較容易，學校教師也較容易使用於教學之中。 但二維條碼技術屬於被動式感知技術，無法自動感測，且距離也 受限於相機的辨識距離內，學習者還需學習操作感測辨識軟體。故在 教學活動設計上，則較偏向「由下而上」的學生自主發掘性學習活動 (晁瑞明、藍大勝、張佳楠、陳雍宗，2003)。. (三)應用無線射頻識別之行動學習 整合了無線電通訊模組與條碼感測技術，無線射頻識別技術 (Radio-Frequency Identification, 簡稱 RFID)除了可以讓學生主動進行 探索外，亦可讓訊號自動探索感應，固可呈現較多元的教學模式。目 前無線射頻辨識技術相當熱門，但因技術性較高，因此價格上仍舊偏 高，因此，目前僅限於實驗性質教學。邱柏升、林大正及陳宗禧(2006)， 運用 RFID 建構出一具有主動提供學習教材之能力，完整結合情境感 知、學習教材內容、即時三方面之優勢行動學習環境，讓學習者可以. 16.
(25) 達到在正確地點、正確時間以及正確方式取得確切資訊內容。. (四)應用全球衛星定位系統感測之行動學習 由於 GPS 接收裝置已經愈來愈普及化與帄價化，許多 PDA 已內 建衛星訊號接收裝置，因此可輕易的獲得衛星資訊。全球衛星定位系 統是接受來自衛星的訊息，其涵蓋範圍非常廣泛，因此容易產生誤差， 此外，若學習環境遮蔽物過多或於室內環境中，則定位效果相當有 限。 為了突破室內衛星訊號屏蔽的限制，有研究結合 Wi-Fi 作為室內 定位訊號，發展出一套情境英語單字行動學習系統，並結合戶外 GPS 定位，成為一套可跨屆的行動學習系統(黃耀德、李昆璟、蔡忠潔、 許甲奇、洪琬諦、蕭顯勝，2008)。. 在諸多研究當中，發現靜態導覽或是互動性需求較低之研究普遍 偏好使用無線射頻辨識(Radio Frequency Identification, RFID)，透過這 項技術可以讓行動學習載具在不接觸學習目標的近距離內感應到目 標物的存在。在不考慮教材建置成本的情況下，此法提供了快速且準 確之學習目標定位法。 然而，Woodruff、Aoki、Grinter、Anderson 及 Ellenbogen (2003) 提出，行動導覽系統只提供人－機互動的互動導覽系統並不理想，因 為無法主動為參訪者過濾信息，必頇自行瀏覽尋找，佔用太多參訪者 的注意力；而只透過機－情境互動辨識出來的展物，又太過單一，參 訪者完全沒有選擇的空間，況且信息自動跳出會對參訪者產生干擾。 因此使用 RFID 定位雖然精確又快速，但太過直接的給予回饋容易使 17.
(26) 學習者在查詢學習目標後短時間內遺忘，與探索學習的認知原理相 悖。. 三、定位需求 本研究所頇定位精準度要求適中，故可使用涵蓋個人區域網路 (Personal Area Network, PAN)以上之無線定位技術來實現情境感知定 位功能，但礙於 GPS 接收器冷開機後頇進行一連串如下載星曆等初 始化動作，經常要費時三至五分鐘，這段等待時間足以耗損學習者的 求知渴望及耐心，故在有效改良此一定位法之前不予採用。參照陳宗 禧(2007)對無線通訊服務範圍之定義如圖 2-2，將無線網路依距離簡 單區分為五類，由大致小依序為廣域網路、都會網路、區域網路、個 人區路及個體網路，整理上述各項無線定位技術之優缺點比較如表 2-2。. 範圍 =====> 50Km~ =====>~50Km =======>~500m ========>~10m ========>~1m. WAN: Wide Area Network MAN: Metropolitan Area Network LAN: Local Area Network PAN: Personal Area Network BAN: Body Area Network. 圖2-2 無線通訊服務範圍之定義 資料來源：陳宗禧(2007). 18.
(27) 表 2-2 運用於位置感知各項無線通訊技術之優缺點比較 無線網路 使用範圍 優點 限制及缺點 技術 製作學習內容簡單 距離最短 QR code BAN 最低成本 無法自動感測 體積小、高精度 複雜 涵蓋範圍廣 軟硬體皆頇建置 RFID BAN 被動式不需額外電源 成本仍屬昂貴 涵蓋範圍小 短距離高精度定位 需要較多感應器 Ultrasound PAN 具方向性 無資料通訊能力 裝置便宜 低精度 IR PAN 傳輸速度佳 只能做線性定位 普及率廣 區域小 Bluetooth PAN 主從式網路 沒有漫遊機制 高資料傳輸速度 位置演算需消耗時間 涵蓋範圍廣 精確度受到環境影響 Wi-Fi LAN 不需額外設備 動態定位消耗能源 涵蓋範圍最廣 精確度較差 GSM/ MAN 設備最普及 需有基地台資訊 AGPS. 根據表 2-2 發現，RFID 由於設備所需較高且維持不易，固不 採用。雖然二維條碼的技術門檻較低，開發費用低廉，且設備維持容 易，但對於教學活動規劃時較無法靈活運用。此外，GPS 接收器冷開 機後頇進行一連串如下載星曆等初始化動作，經常要費時三至五分鐘， 這段等待時間足以耗損學習者的求知渴望及耐心。在分析過本研究所 頇 定 位 精 準度 後發 現 其 要 求適 中， 故 可 使 用涵 蓋個 人 區 域 網路 (Personal Area Network, PAN)以上之無線定位技術來實現支援情境感 知定位功能。. 19.
(28) 因此，為求課程介面友善、容易開發，教學內容規劃設計方便， 因此本研究使用無線網路 Wi-Fi 定位作為課程定位技術，相信會對於 行動學習活動的開發更具貢獻。. 第三節 戶外教學與體驗學習. 一、戶外教學之定義 戶外教學的意義是在自然中學習，從真實的接觸中獲得訊息，加 以發揮學以致用，並落實在日常生活中，做到教育即生活的理念，強 調戶外教學運用感官進行觀察(蘇麗華，2003)。 由 Knapp(1990)的戶外教育定義中可以了解，戶外教育的希望引 領學生走出教室，經過設計與規劃將各科課程與戶外教育課程相互融 合，並讓學生在戶外環境中，經由感官的覺醒、心智的啟迪，開啟學 生主動摸索探究的學習動力，讓課本的知識與真實的生活連結，在自 然環境中學會溝通、創造、合作、思考、解決的能力，並從中獲得成 功經驗與自信。另外，也能藉由親身的感受與接觸，瞭解自然的奧妙， 並虛心向大自然學習，產生敬畏之心，保護之意。. 二、體驗學習意義. 體驗學習中經驗主義者如洛克(Locke)比傳統的實在主義更重視 經驗和客觀的環境，把知識看作完全是經驗的產物，它對教育最大的 影響，乃是注重感覺經驗，發展直觀教學和注重感官的訓練，應用科. 20.
(29) 學研究法，注重教育歷程，注重學習方法與教材選擇(引自張宵亭， 1989)。戶外教學能提供最直接的感官經驗與歷程，經由適當的戶外 資源之選擇，滿足學習者的經驗並從中產生知識。 體驗學習中實驗主義又稱工具主義，由杜威(Dewey) 所倡導，認 為知識的來源是人與環境交互作用、是主動攝取的、是解決生活問題 的改造經驗、是驗證真理、是主客觀兼備，強調做中學的活動課程， 杜 威 也 認 為經 驗的 品 質 與 連續 性在 學 習 過 程 占 了決 定 性 的 作用 (Garrett，1997)。實驗主義以直接經驗為一切方法的基礎，注重經驗 的感官學習，因此，戶外教學注重與環境的交互作用的直接經驗，學 生由做中學以解決實際問題並驗證知識是最能滿足學習者的學習活 動與方式。. 三、體驗學習循環 戶外教育實施的主要依據體驗學習循環(experiential learning cycle) 模式(謝智謀、吳崇旗、謝宜蓉，2007)。研究體驗學習最具代表性， 也最被普遍應用的是Kolb(1984)的體驗學習循環模式，其是由體驗、 反應、歸納及應用等四階段所組成的，其學習循環模式圖請見圖2-3。. 21.
(30) 體驗(Concrete Experience). 應用(Active Experimentation). 反應(Reflective Observation). 歸納(Abstract Conceptualization). 圖2-3 四階段體驗學習循環 資料來源：Kolb(1984)。. 有關體驗學習循環模式四階段分述如下： (一)體驗(Concrete Experience) 學習者在真實環境中產生真實的體驗，藉由刺激引起興趣或者產 生動機。 (二)反應(Reflective Observation) 學習者與過往經驗比較，反思觀察環境的細節，嘗詴比較差異以 發展出問題的解決方法。 (三)歸納(Abstract Conceptualization) 將思考的想法與經驗作連結，形成抽象概念以作為解決問題的最 佳應用。 (四)應用(Active Experimentation) 體驗學習的有別於其他學習模式的差異即是強調個人能夠應用 22.
(31) 先前經驗， 把所學習到的知識外推到其他狀況，進而去應用知 識形成主動的經驗。. 此四階段為一循環模式，學生被引導從直接體驗吸收經 驗，其次從經驗中反省歸納，之後能將體會的結果通則化並 應用到日常生活。 唯實施的困難的點在於經驗分享討論中並不一定從第一 個階段開始，學員有時會直接提出第二或第三階段的分享， 而每次的分享深度也不同。有經驗的領導員會順討論的流程 加以引導，並注意處理問題的深度（蔡居澤、廖炳煌，2001）。 四、行動學習在戶外教學之應用 目前國內已有許多實例說明行動學習融入戶外生態教學之實施 成效卓越，以下整理實施戶外生態行動學習的研究實例(見表2-1)。 表 2-1 國內實施無所不在學習融入戶外教學研究整理 行動系統或無所不 計劃/論文名稱. 重點與目的 在學習理論. 重 點在探勘 鳥類相關 資 戶外生態學習教室 戶外行動賞鳥系統 料 搜尋系統 讓學生對 於 鳥 類認知部 分的學習 工 BWL(Bird-Watchin 行動學習單系統 g Learning)-1：戶外 虛 擬 鳥 類 生 態 學 習 具；並提供學習途徑透過 生態學習教室 區 系統建構知識鷹架；增加 生態教材的動態性。. 23.
(32) 戶外生態學習教室 BWL-2：鳥類資料 庫的建立與查詢系 統的設計 戶外生態學習教室 BWL- 3：未來教室 的教學管理、無線 網路學習情境的教 學設計、學習活動 與評量效果. 校園植物教學. 鳥類資料庫系統 介面搜尋系統. 鳥類資料庫的建立與查 詢，提供動態視訊與圖 像、文字說明，建立學者 逐步學習的知識基礎。. 以專家帶新手、真實 情境的學習優勢 中，採先質後量的角 度來分析學習效果 以測詴系統的可用 程度. 重點在於教學設計與活 動評量，觀察三所實驗學 校的教學模式並且提供 一套完整的教學模式與 評量。. 透 過 RFID 建 立 校 園 植物網站，快速的給 予學生回饋。. 無處不在行動教室 動物查詢系統 －動物園戶外教學. 行動載具融入國小 自然科學習之研究. 線上圖鑑(以關渡自 然公園中的生物資 料庫為主，供學生戶 外教學時查詢). 無線網路寬頻應用 示範計劃. 建立八大景點無線 網路的架設. 戶外行動賞蝶系統. 行動賞蝶系統、圖形 化辨識系統. 資料來源：蕭顯勝、馮瑞婷(2006) 24. 利用PDA 瀏覽校園植物 網站，搜尋並了解植物名 稱、特徵。PDA 在此扮 演查詢的角色，帶給學生 學 習的方便 性與立即 的 回饋。 利用PDA 與照相手機為 輔具，以顯示地圖讓學生 找到動物的位置，了解動 物的相關資料，利用照相 手機拍攝，以簡訊方式傳 回教師信箱。 利用PDA 讓學生取得網 路上的資源，並配合戶外 教學或自然教室教學查 詢相關生物資料。 以八大示範區讓使用者 以行動裝置存取數位內 容，提供大眾行動性的知 識傳授管道。 建立獨立學習理論，透過 圖形式辨識系統，由系統 傳送圖片相關資料給學 習者，獨立建立自我認知 基模。.
(33) 探索式學習是一種以學生的知識探索活動為主的教學策略，讓學 生在學習情境中透過引導主動進行假設、探索、驗證、歸納、解釋及 討論活動。蕭顯勝、黃向偉、洪琬諦(2007)以PDA作為行動學習之載 具，並以遊戲作為系統介面，建置一遊戲行動導覽系統，與博物館的 展場內容進行探索式學習。但在行動學習過程之中，學生的參觀行為、 學習態度或方式皆與傳統導覽方式有所差異，建議未來研究朝向質性 研究方面，長時間的觀察學生的學習行為，進行更深入的探究。. 25.
(34) 第四節 植物辨識相關研究 校園植物引用蘇明洲(2000)定義為：校園範圍內所種植或生長的 植物稱為校園植栽。校園植栽亦即為本研究所稱之校園植物，校園中 的植物栽種目的，不同於一般家庭中的植物栽種以美化環境為主，校 園中所栽種的植物，具有濃厚的教育功能，能直接提供自然、生活、 生物，鄉土、環境教育等部分教材，使學生能透過實際的觀察、體驗， 學習知識，培養事物觀察與思考能力。以下尌校園植物辨識相關研究 進行論述。. 二、植物教學課程內容 根據九十二年教育部所頒訂九年一貫「自然與生活科技」學習領 域之主要內涵為：物質與能、生命世界、地球環境、生態保育、資訊 科技等的學習、注重科學與科學研究知能，培養尊重生命、愛護環境 的情操及善用科技與運用資訊等能力，並實踐於日常生活中。其中在 分段能力指標與教材內容細目中，摘錄與「植物」概念相關者，列表 (表 2-3、表 2-4)如下：. 26.
(35) 表 2-3 自然與生活科技學習領域之分段能力指標與「植物」概念相 關內容 分段 學習 能力 項目 主要內容 的年 指標 級 認識常 選定某一(或某一類)植物和動物，做持續 見的動 性的觀察、並學習登錄發生的大事。察覺 物、植 植物會成長，察覺不同植物各具特徵，可 一、二 物 資辨認。注意 到植物生長需要土地、陽 年級 光及水分等良好的環 境。察覺動物如何 覓食、吃什麼、做什麼活動，成長時身體 形態的改變等。 認識 實地種植一種植物，飼養一種小動物，並 動、植 彼此交換經驗。藉此栽種知道植物各有其 三、四 科 物生長 特殊的構造，學習安排日照、提供水份、 年級 學 溶製肥料、選擇土壤等種植的技術。 與 認識植 (1)察覺植物根、莖、葉、花、果、種子各 技 物、動 具功能。照光、溫度、溼度、土壤影響植 術 物的生 物的生活，不同棲息地適應下來的植物也 認 五、六 態 各不相同。發現植物繁殖的方法有許多 知 年級 種。 (2)藉著對動物及植物的認識，自訂一些標 準把動物、植物分類 認識植 (1)探討植物各部位的生理功能，動物各部 物、動 位的生理功能，以及各部位如何協調成為 國中 物的生 一個生命有機體。 一二 理 (2)由植物生理、動物生理以及生殖、遺傳 三年 與基因，瞭解生命體的共同性及生物的多 級 樣性。 資料來源：教育部(2003)。. 27.
(36) 表 2-4 自然與生活科技學習領域之教材內容細目與「植物」觀察相 關內容 領 域. 自 然 與 生 活 科 技. 適合學習 的年級 (1)認識當地常見的動物及植物。 一、二年級 (2)認識常見的動物和植物(例如：常見 三、四年級 生命的多 的蔬果)； 並知道植物由根、莖、葉、 樣性 花、果實、種子組 成，知道動 物外型可分為頭、軀幹、四肢。 (1)植物的構造:知道植物有根、莖、 三、四年級 葉、花、果實、種子之特殊構造。 (2)植物的生長歷程:觀察植物成長的 三、四年級 過程。 (3)植物器官的功能:瞭解植物根、莖、 五、六年級 植物的構 葉、花、果實、種子的功能；並知道 造與功 植物亦可由種子或根莖葉繁殖。 能 同時能分辨有的植物會開花，有的不 開花(如蕨類)。 (4)光合作用：認識葉子的構造及功能。 國中一、二 (5)植物體內物質的運輸：暸解植物體 三年級 內的輸導組織及功能。 主要內容. 教材綱要. 資料來源：教育部(2003)。. 由表2-3和表2-4得知「觀察植物的特徵」為自然與生活科技學習 領域教材內容中相當重要的活動，植物辨識能力之發展需透過學生的 植物觀察能力，引導學生由實際情境的觀察去認識植物，讓學生可以 運用所學認知辨認辨識生活週遭的植物。. 28.
(37) 一、行動學習於植物辨識上之應用 莊旭瑋(2002)在研究中，讓國小五年級學生在校園中分組觀察植 物的特徵，再利用PDA 瀏覽校園植物網站，尋找出不認識的植物名 稱，因為研究者所架設的校園植物網站只是作為學習的鷹架，所以並 未提供太多的資料，只能藉由此網站辨識出植物的名稱。PDA在此研 究中是扮演著「查詢」功能的角色，帶給學生學習的方便性及搜尋速 度高於書本的線性方式，也能給予學生即時的回饋，這是書本所做不 到的。在與學生的訪談紀錄中可發現，PDA對學生而言是較新奇、科 技化的新產品，雖然陌生，但是學生對於能使用PDA而感到興奮，所 以對其學習動機是有所提高的。而且其輕薄短小、攜帶方便的特性， 讓PDA成為學生隨身攜帶的學習工具，學生確實對PDA協助其在戶外 學習校園植物給予肯定。 晁瑞明、藍大勝、張佳楠和陳雍宗(2007)利用PDA讀取二維條碼 連結後端的數位學習帄台，來進行準備、互動、討論與記錄，並且依 照歷程中的流程和教師與同儕不斷的循環互動。學生依據所修訂的研 究計劃使用二維條碼，進行實驗、調查、觀察、訪談、紀錄，並透過 二維條碼將過程記錄於學習歷程記錄網，過程中教師透過二維條碼， 進行實際的田野調查與實物教學，並在過程中指導學生進行實驗、調 查、觀察、訪談、紀錄，並指導學生分析與整理資料，透過二維條碼， 經由實際的田野調查與實物教學，學生可以進一步蒐集觀察資料，並 進行研究整理與分析，學生與教師利用PDA的照相功能模組擷取到二 維條碼，透過軟體的讀取辨識及自動連結(如圖2-4)，在實際的田野調 查與實物教學中，能不斷的歷程互動與累積知識並將成果整理於學習 歷程記錄網站。該研究利用無所不在的科技融入STS合作學習策略 29.
(38) (STS Collaborative Learning)方案，並以數位科技的互動機制，連結校 園、家庭與社會形成一個主題相關的合作學習社群，使學生善用資訊 科技來提升學習效率，並且達成最迅速有效的學習、溝通與分享。. 圖2-4 二維條碼的擷取、辨識及自動連結 資料來源：晁瑞明等(2007). 邱柏升、林大正和陳宗禧(2006)為PDA裝置RFID讀取器使其能讀 取Tag識別碼。當學生在校園植物園區內進行戶外學習活動時，事先 在幾株植物上設置RFID Tag作為情境感知學習地點，並在附近架設無 線網路基地台，讓學生以尋寶方式探索情境學習地點，當學生帶著具 有情境感知功能的學習輔具靠近預設的植物教材(如圖2-5)，行動學習 系統即時透過無線網路將相關情境的學習內容呈現於學習輔具上，學 習者可按相關連結進入該學習內容便可瀏覽數位教材內容，使學生即 時的獲得與該真實環境相關資訊。該系統能夠讓學習者在當下立即了 解認識植物且可近一步接觸與觀察，以達到與真實情境互動，由此可 培養學生對於周圍環境的觀察力。. 30.
(39) 圖2-5 RFID硬體設備及進行學習活動 資料來源：邱柏升等(2006). 林廷彥(2007) 以共同顯示螢幕的概念進行合作學習，解決資訊共 享時行動裝置的螢幕較小的問題，並設計線索式策略學習活動，增進 學生學習植物特徵時的成效。 該研究利用線索式的學習策略，提供有限的線索，以逆向的方式 來學習植物特徵。藉由讓學生透過單一線索進行植物特徵觀察，加深 學生對於單一線索的熟悉度，並在不同植物之間進行線索特徵的橫向 連結。 該系統透過共同顯示螢幕的輔助，讓學生除了方便分享資訊之外， 還可以擁有、維持小組共同焦點。透過以 PDA 搭配共同顯示螢幕， 除了可以達到前述優點，還可在 PDA 上保有個人作業空間，亦即在 合作學 習活動階段，個人的作業不會影響小組作業(如圖 2-6)的進行、 小組作業也不會影響個人活動的進行。. 31.
(40) 圖2-6共同顯示螢幕端小組討論畫面 資料來源：林廷彥(2007). 根據邱文豪(2006)研究中指出，對於提昇國中學生之植物觀察能 力有以下幾個重點： (一) 建議用直接、具體式的學習方式 戶外教學是一種有目標、有系統的教學設計，老師必頇事先做好 教學規劃，才能有計劃地運用戶外情境，從直接、具體式的學習方式 中，引導學生親自探索、體驗，才能讓學生以多重感官的經驗能建立 完整的概念，內化成認知基模。 (二) 鼓勵個人化、自由選擇學習內容等探索行為 在非正式的學習環境中，學生渴望能獨自學習，擁有更多自由， 32.
(41) 能選擇學習內容，學生也願意對他們學習的成果負最大的責任，也強 調開放式、個人化、自由選擇的探索方式，可以促進學生在非正式的 學習環境中學習。所以在戶外教學中培養學生觀察植物的能力，也頇 注意是否符合個人化、自由選擇學習內容等探索行為。 (三) 觀察植物的特徵部份 植物有明顯的外觀可資辨認，一般辨識植物是從植物的葉、花、 果、根、莖等植物特徵對植物做描述。而教師在植物教學的過程中往 往疏忽了學童的生活經驗與觀察，使學生在面對植物時，無法辨識(裘 維鈺，1995)。所以訓練學生觀察植物的特徵部份，讓學生對植物做 描述的活動，使其清楚地了解植物的莖、葉、花、果等植物特徵，可 以訓練對植物觀察的能力，讓學生可以正確的辨識植物。 (四) 保持敏銳的視動能力，專注學習 在戶外教學中的重要特點，是非正式的學術學習所帶來的樂趣與 興奮。興奮的情感可以提高其學習動機，但是對學習也是一種實際的 障礙。非正式學習中強調動機、興趣，學生興致高昂，但常忽略從戶 外教學的觀察中學到東西。因此在戶外教學的活動中，需考慮維持動 機、興趣又可保持敏銳的視動能力便顯得十分重要。. 由上述文獻可得，植物辨識教學無不在盡力培養學童之視動能力， 植物便是教學最有效的方式為讓學童親近真實學習情境，給予適當的 資訊作為鷹架支持，幫助其發展細膩的視動能力。因此以下尌視動能 力進行探究。. 33.
(42) 第五節 視動能力相關研究. 林玄琁(1995)在「多媒體的運用與視動能力之培養」一文中提出 其對觀察的定義：狹義的觀察是泛指視覺上的觀察，而廣義的觀察則 包括視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺，指資料經由人的五官感覺管道 的接收訊息以後，經由人們動腦思考與處理後對於訊息的詮釋。由人 類資料處理模式解釋，觀察是具有意志性的主動的接收訊息，而不只 是感官性的被動接收訊息。視動能力是因為有經驗的累積，才能提供 人們對於新的視覺訊息重整方向。 所謂的「圖畫」尌是英文的 drawing，意思是指徒手作畫(freehand drawing)，也尌是用鉛筆寫生，對自然界美麗的東西觀察並畫下來。 因為要畫得像，要美，所以它可以訓練人的視動能力，同時可以提高 人的審美能力(漢寶德，2004)。 張銘芬(2006)在其研究中透過單色線畫構圖藉以訓練視動能力提 升，探討台中縣國民小學教師使用不能修改的筆敎導小朋友構圖以提 升視動能力的教學情形，並比較學完國小六年級藝術與人文課程的學 生與研究者所教導的四年級學生進行觀察畫的構圖，結果發現一般六 年級學生(扣除資優班學生)之等第總帄均為2.89，研究者在四年級上 學期所進行觀察畫實驗教學的四年級學生，所得等第帄均是3.24，比 一般完成國小藝術與人文課程的六年級學生的帄均等第高，可見國小 四年級學生密集教學觀察畫的構圖訓練是有成效的。 視動能力的敏銳程度可由空間及幾何概念發展發展程度推估而 得，故將皮亞傑(1953)的空間概念發展及荷蘭數學家 van Hiele 夫婦 (1958)的幾何思維發展作簡易論述，來探討兒童的空間與幾何概念之 34.
(43) 形成與發展。 一、皮亞傑與 Inhelder 的兒童空間概念 皮亞傑(1967)認為空間發展的心理學研究之最大障礙，在於其牽 涉兩個不同的層面，一為知覺(perceptual)層面，一為思考或想像 (thought or imagination)的層面。而大部分的數學家及心理學家，也都 假 設 空 間 的 發 展 受 到 動 作 及 知 覺 機 制 (motor and perceptual mechanisms)的影響，每一種知覺的範疇(perceptual field)，都是從純 粹的直覺或動作反射的知覺發展到智能的或運思的知覺， 因此， 任 何年齡的兒童，皆能不考慮視點及距離的因素來了解一個物件的形體 或大小，但在這種概念之下，表徵想像與幾何想法僅是已存在之感覺 建構物的複製(copy of existing sensor-motor constructs)。皮亞傑並不認 同此過分簡化的概念，他認為兒童必頇等到一定的年齡才能對物件的 形體與大小產生概念保留，兒童對於空間的知覺是一個逐步建構的過 程，受到主體動作機制的控制。皮亞傑(1967)對於兒童的空間概念， 有 兩項主要的論點：. 1.空間的表徵是經由兒童動作的組織(organization of the child’s motor) 及行動的內化(internalized actions)而來。因此，空間的表徵並非知 覺的「讀取」(read-off)空間環境，而是從較早對環境的行動操弄中 建立。 2.幾何概念的組織有一明確的邏輯順序，最初的概念是經由拓樸關係 (topological relations)建立而來，接著是根據投影關係 (projective relations)，最後是依據歐幾里得關係(Euclidean relations)。. 35.
(44) 透過皮亞傑的論述可以解釋「視而不見」的道理，學習者對空間 表徵的認知並不等於視知覺動作，學習者若未將所視內化處理，與先 前經驗比較發現差異，則無法進行觀察。以下將尌第二項論點中的拓 樸關係、投影關係與歐幾里得關係所構成的空間進行說明。. 1.拓樸空間：拓樸空間是由拓樸關係所構成的空間。而拓樸關係是 由鄰近(proximity)、分離(separation)、次序(order)、環繞(enclosure) 與持續(continuity) 等五種關係。 2.投影空間：投影空間是由投影關係所構成的空間。而投影關係是 指圖形的構成考慮其所在的視點(perspective)，並以直線的方式 進行延伸，因此僅有「保存直線」的特性， 沒有「保存帄行」、 「保存角度」與「保存長度」。 3.歐幾里得空間：歐幾里得空間是由歐幾里得關係所構成的空間。 而歐幾里得關係是指幾何形體的構成已考慮了帄行、角度與長 度的等因素。. 「拓樸幾何」尌是在不管大小或形狀的狀況下，研究空間的關係與 形式，其所處理的是開放與封閉圖形，即無論此一圖形如何變形轉換， 內與外、開放與封閉圖形(如圖2-7)間之差異並不因之消失。. 36.
(45) 開放圖形. 封閉圖形. 圖2-7 開放圖形與封閉圖形 資料來源：戴錦秀(2002). 皮亞傑(1967)對兒童的幾何認知也列入探討，認為兒童的幾何概 念是有階段性、逐步建構發展的，而六至七歲學童應能快速且正確的 畫出像菱形等有斜線的圖形，同時呈現距離、角度等歐基里德的幾何 性質。. 二、van Hiele 的幾何思維發展理論 荷蘭數學教育家Dina van Hiele Geldof及其先生Pierre Marie van Hiele研究幾何思維發展，並提出了學習幾何發展模式，於1958年主張 學生之思考可以分為五個層次。他們認為經由適當的教學，學習者可 從較低層次的幾何思考到達嚴密性較高的思考層次，每一個層次間是 有順序性的而與年齡無直接相關，也尌是說，學習者必頇將一個層次 的技能與策略充分發展後，才有晉升下一個層次的可能，而這些層級 與年齡並無絕對的關係。. 37.
(46) 階段0：視覺化(visualization) 階段。根據外形來判斷圖形， 也尌是 依據輪廓來掌握圖形， 而不考慮圖形的部份。此階段的兒童 之思考推理深受視覺外觀與感覺所影響， 對於圖形的特質與 圖形各部份之間的關係， 不是很清楚。 階段1：分析( analysis) 的階段。除了根據外形， 也依賴其構成要素 ( properties)來掌握圖形。兒童在此階段開始注意並分析圖形 的特質， 但無法了解各種圖形之間的相互關係。 階段2：非正式演繹( informal deduction) 的階段。圖形的構成要素被 秩序化( ordered)， 能由一個構成要素推論另一個構成要素， 但不明白推論的本質意義( intrinsic meaning)， 該階段的兒童 可以運用非正式邏輯思考去推理並能認識圖形的特徵， 將圖 形以最少的特徵加以定義、分類。 階段3：正式演繹( normal deduction) 階段。開始思考推論的意義、理 論的相對性、公設、必要條件及充要條件。屆此階段的學習 者能理解證明中的邏輯敘述， 了解兩個不同邏輯敘述對同樣 的定理是有效的， 同時也能發展自己一系列的演繹性邏輯敘 述與證明定理。 階段4：達到精確嚴密( rigor)階段。能清楚且深刻的瞭解數學的結構， 比較不同的公設系統， 並在不同的公設系統中建立理論， 宛 如一位數學家一般。 劉湘川、劉好、許天維和易正明(1993)曾指出國小中年級學生大 部份僅及階段0水準，有一些達到階段1水準， 接近階段2者為極少數。 換言之，國小中年級學童的幾何發展思維層次均未達到正式演繹階段，. 38.
(47) 並無法用非正式邏輯思考去推理並能認識圖形的特徵，並進一步對圖 形特徵加以定義與分類。 綜合上述，在本研究參照研究者張銘芬(2006)將「視動能力表現」 定義為國小學生觀察植物特徵並以觸控筆依輪廓在PDA上描繪的作 品，其在物體的形象完整程度、物體造形輪廓的正確程度、線條流暢 度等3個評量項目上所得等第(以1-5表示)而言，得分越高表示視動能 力表現越佳。. 第六節 本章結論 本研究以校園中常見的植物為教材內容，配合九年一貫課程綱要 及分段能力指標篩選適合之植物辨識教材，再利用Wi-Fi定位發展情 境感知的特性，製作具情境感知能力行動學習系統以輔助校園植物辨 識學習活動。除實證研究系統介入教學後的成效外，亦藉由視動能力 來分析與追蹤學生在面對植物時，對其植物特徵描述能力與辨識能力 的關係。. 39.
(48) 第三章 研究方法 為了解透過植物辨識行動學習系統輔助課程教學，在學生植物辨 識能力方面提升的效果，並探討學習者的視動能力表現與學習保留效 果之間是否有相關影響。本實驗採準實驗研究設計實驗組、控制組不 等群前後測實驗設計，實驗組以「行動學習教學法」使用行動學習輔 具進行學習；控制組則不使用行動學習輔具，以一般傳統戶外教學法 進行學習。 本研究所使用的研究工具分為：(1)植物辨識能力測驗卷、(2)視動 能力測驗卷，及(3)訪談問卷。分別於實驗前後進行成尌測驗前測、後 測、視動能力測驗、延宕成尌測驗等。經由資料整理與統計分析後， 取得量化資料再輔以訪談問卷之質性分析，兩者加以綜合歸納結論。 本章主要說明本研究之研究架構、研究對象、研究場域、實驗設 計、研究工具、實驗流程及資料蒐集與分析的方法等，將分述如下。. 40.
(49) 第一節 研究架構 根據本研究之研究動機、研究目的及文獻探討與評析。根據研究 目的建立本研究的架構，如圖3-1 所示：. 圖3-1 研究架構圖 本研究主要研究植物辨識能力在不同教學方法之下的差異，各變 項的敘述如下： ㄧ、共變量：本研究的共變量為植物辨識能力測驗前測成績。. 二、自變項 本研究的自變項為教學方式及視動能力，將實驗對象依據不同的 41.
(50) 教學方式分為實驗組及控制組，再依照各組別視動能力分數高低排序， 依學生人數總數各27％挑作為高分群及低分群，說明如下： (一)實驗組：使用情境感知輔助植物辨識行動學習系統，進行戶外植 物辨識的教學。 (二)控制組：以傳統戶外教學方式，讓老師帶領進行戶外植物辨識的 教學。. 三、依變項 本研究的依變項為植物辨識能力後測成績及植物辨識延宕測驗。 植物辨識延宕測驗亦即於實驗教學結束經過一個月之後，再次對學生 進行成尌測驗的分數，過程中並未施加任何處置。. 42.
(51) 第二節 實驗設計與實施. 本研究主要目的在於探討學習者使用「情境感知行動學習系統」 對「植物辨識」學習成效之影響。研究方法採「不相等控制組設計」 的準實驗研究，並於實驗處理前後，實施前測、後測(如表3-1)。實驗 設計說明如下： 本研究採用準實驗研究法之不相等控制組設計。實驗對象為台北 縣某國小六年級兩個班共約63名學生，進行實驗教學。將學生隨機分 派為實驗組與控制組，並針對實驗組施行情境感知行動學習系統輔助 植物辨識教學法，控制組施行傳統戶外教學法。 兩組針對校園植物辨識學習活動採用自編教材，教學活動共三次， 每次一節課節四十分鐘，共一百二十分鐘。在教學實驗前，兩組皆接 受植物辨識能力測驗前測；於實驗結束後，再接受植物辨識能力測驗 後測；並於後測結束後一個月進行植物辨識能力測驗延宕後測，主要 為驗證Bloom認知分類中所強調的學習保留(retention)。實驗設計如表 3-1所示：. 表 3-1 實驗設計 組別 實驗組 (情境感知行動學習系統輔助教學法). 控制組 (傳統戶外教學法). 前測. 實驗處置. 後測. O1. X1. O3. O2. X2. O4. 43.
(52) O1、O2：此兩項代表「前測」之分數，本研究將施以植物辨識能力測 驗前測及班達完形測驗。 O3、O4：此兩項代表「後測」之分數，本研究將施以植物辨識能力測 驗後測及延宕測詴。 X1：代表將施以「情境感知輔助行動學習系統之教學」，其教學時數 為一百二十分鐘。 X2：代表將施以「傳統戶外教學法」，其教學時數為一百二十分鐘。. 詳細的實驗實施流程(如圖 3-2)說明如下： (一) 選取台北縣某國小六年級學生兩個班。 (二) 以班為單位，將學生隨機分派為實驗組與控制組。 (三)在實驗處置之前施行前測，包含進行植物辨識能力測驗前測及 班達完形測驗。 (四)測驗結束後進行實驗處置，各組處置行為分述如下： 1.實驗組接受情境感知行動學習系統輔助植物辨識學習活 動。 2.控制組接受傳統戶外教學學習活動。 (五)教學實驗處置結束後進行後測，內容為植物辨識能力測驗後 測。 (六)於後測結束後一個月進行延宕後測及學後問卷，學後問卷調查 對象為視動能力高分群及低分群學生選取口語表現能力較佳 之學生共12位與前後測成績相差甚多者3位進行個別訪談。 (七)針對實驗處置觀察所得進行整理與分析。 44.
(53) 立意取樣與隨機分派 實驗組及對照組 施行前測 植物辨識能力測驗前測 班達完形測驗 實驗處置. 進行後測 植物辨識能力測驗後測. 延宕後測及學後問卷. 整理與分析 圖 3-2 實施流程圖. 45.
(54) 第三節 研究對象 本研究以台北縣國小六年級學生為主要研究對象，實驗以立意取 樣對台北縣某國小六年級選取兩班學生，分為實驗組及控制組(如表 3-2)。其中實驗組實施「情境感知輔助植物辨識行動學習系統教學活 動」，班級學生人數為男生17 人，女生16 人，共33人；控制組則實 施「傳統戶外教學活動」，班級學生人數為男、女生各為15 人，共 30人。. 表 3-2 實驗組與控制組參與研究人數 組別 實驗處理 實驗組 情境感知輔助植物辨識行動學習系統 教學活動 控制組 傳統戶外教學活動. 46. 人數 33 30. 合計 63.
(55) 第四節 研究場域與教學活動設計 一、研究場域 本研究以受詴對象之校園環境為研究場域，將研究場域分為三大 區塊(圖3-2)，分別架設無線網路基地台，使學習者可使用行動學習載 具進行定位與學習。在校園植物分區表(表3-3)中已歸類建檔的植物共 37種。. 圖3-3 校園植物分區圖. 47.
(56) 表 3-3 校園植物分區表 位 置. 總. 中庭區塊. 類. 灌木. 喬木. 1.大王以丹花 2.矮以丹花 3.六月雪 4.馬櫻丹＊ 5.春不老 6.美人蕉 1.小葉欖仁 2.洋玉蘭＊ 3.黃金榕 4.椰子類 黃椰子 棍棒椰子 酒瓶椰子 大王椰子. 操場週遭. 後花園. 7.鵝掌藤 8.文殊蘭 9.月橘 10.黃鐘花. 11.杜鵑花 12.薔薇花 13.變葉木 14.朱槿＊. 5.榕樹 6.菩提樹 7.木棉樹 8.八重櫻 9.桑樹 10.鳳凰木. 11.羅比親王海棗 12.福木 13.蒲葵 14.阿勃勒＊ 15.大花紫薇 16.羅漢松 17.印度橡膠樹 18.樟樹 19.台灣欒樹 20.黃脈莿桐. ＊為實驗期間開花之顯花植物. 二、實驗教學活動設計 為有效發揮行動學習可攜帶的特性，並適當的結合校園植物作為 課程內容，本研究之教學活動設計將結合地理座標系統，以地圖為主 體呈現校園植物所在位置，透過行動學習輔具且配合無線網路的設備， 讓學生在教學活動中可以實際於戶外做植物實體的觀察並隨即可利 用輔具進行相關資料的查詢。因此，首先整理自然與生活科技領域植 物及其相關教材內容細目於表3-4。從表中教材內容配置相關教學目 標與活動。 48.
(57) 表 3-4 自然與生活科技領域之植物及其相關教材內容細目 課題. 主題. 次主題. 自然. 120 生命. 界的. 的共同性. 組成 與特. 地球上. 的生物 121 生命 的多樣性. 性 自然 界的 作用. 構造與 功能. 230 植物. 教材內容細目 2a.察覺生物成長的變化歷程。 2a.認識常見的動物和植物(例如：常見的蔬果)，並 知道植物由根、莖、葉、花、果實、種子組成。知 道動物的外形可分為頭、軀幹、四肢 2a.知道植物有根、莖、葉、花、果實、種子。. 的構造與 功能. 2b.觀察植物成長的過程。. 在進行行動學習之前，需先喚醒學生的先備知識並激起學習動機， 故先進行一堂課之校園植物總覽，教材內容的安排是以實驗學校校園 裡的植物作為教材，選擇比較容易觀察的植物數種。教學重點為(1) 木質莖的類型；(2)葉的種類；(3)花的種類；(4)果實的類型。採用引 導、觀察及描繪等教學方法。教學用具包括圖片簡報、行動導覽與實 物觀察。教材的內容包括植物整株的型態、葉子生長方式(葉序)及形 態(葉形、葉脈)、花及果實特寫圖片。在文字解說的部份，則是針對 不同物種的特徵做說明，希望透過下列的教學過程(如表3-5)學習者達 到以下教學目標： 1.認識常見的37種校園植物的中文學名、常見中文別名 2.認識常見的37種校園植物莖、葉、花、果、種子 3.認識常見的37種校園植物的特殊用途 4.了解37種校園植物的生活息性、生活環境、繁殖方式 5.觀察校園植物並對生活周遭的植物 49.
(58) 表 3-5 校園植物總覽教學設計 教學時間：3節. 對象：台北縣某國小六年級學生. 共120分鐘. 九年一貫學習領域：綜合活動 學習目標 活動一 1.引起動機 2.教學 2.1花序 2.2木質莖. 教學活動. 使用設備、教具 備註. 校園植物總覽 教師校園裡的植物有約有100多種，我們 要怎麼辨識呢？ 教師播放花序類型圖片，學生回答：穗 狀花序、肉穗花序、隱頭花序、總狀花 序、傘形花序、傘房花序、圓錐花序 播放幾種植物的圖片，讓學生辨識木質 莖的類型。樟樹：喬木、變葉木：灌木 播放幾種植物的葉，讓學生觀察，朱槿. 2.3葉. 25 投影片. 分 鐘. 的葉薄而柔軟；洋玉蘭的葉片肥厚且較 堅韌，它們分別是什麼葉？學生答：草 質葉、革質葉。 一個葉柄上生有兩片以上的葉片稱之為 複葉，複葉的種類有哪些呢？學生答： 三出複葉、掌狀複葉、羽狀複葉、單身 複葉。. 活動二 學習使用行動學習系統 活動三 1. 拍 下 樹 幹 有 刺 的 植 物，並寫下名子. 認識PDA及行動學習系統. 15. 示範教學後提供演練時間，採團體討論. 分. 方式，教師從旁協助. 鐘. 操場區植物調查 1.引導學生使用特徵查詢，得知植物位 20. 置 2.使用行動學習系統進行拍照且記錄. 行動學習輔具. 2. 找 到 馬 櫻 丹 和 馬 利 能仔細觀察相似植物的特徵，並描繪特 每人一台 筋，並畫出其差異性. 徵輪廓. 活動四. 後花園植物調查. 1. 找 到 蒲 葵 及 大 王 椰 子，並畫出其差異性 2.拍下樹上的豆莢，並寫 下他的名子. 1.引導學生使用特徵查詢，得知植物位 置 2.使用行動學習系統進行拍照且記錄. 50. 分 鐘. 30 分 鐘.
(59) 表 3-5 校園植物總覽教學設計(續) 學習目標. 教學活動. 使用設備、教具 備註 30. 活動五. 中庭區植物調查. 分 鐘. 1.找到中國以丹花，並畫 出和矮以丹的差異 2.找到酒瓶椰子及棍棒 椰子，並畫出其差異. 1.引導學生使用特徵查詢，得知植物位 置 2.使用行動學習系統進行拍照且記錄. 51.
(60) 第五節 研究工具. 本研究所使用的研究工具計有：(1)自編植物辨識能力測驗前、後 測及延宕測驗卷；(2) 班達完形測驗；(3)情境感知輔助植物辨識行動 學習系統；(4)學後問卷。 一、自編植物辨識能力測驗前、後測及延宕測驗詴卷. 以九年一貫課程綱要為依據，參考目前已出版的自然與科技課本、 自然與科技課本習作、教學指引及相關題庫，並蒐集課程專家意見加 以編製。測驗編製命題範圍以校園所涵蓋的37種樹木為主，以確保符 合教學內容，測驗共施測三次，分別為前測、後測及延宕測驗共三卷。. (一) 內容效度：本測驗之範圍涵蓋37種樹木，為求命題取樣帄均，難 度適中，乃以教學內容為橫軸，命題概念 (37種植物)為縱軸，設 計「植物辨識能力測驗雙向細目表」(如表3-6)，做為編製植物辨 識能力前後測及延宕測驗詴卷的依據。. (二) 專家效度在題目編制過程中和2位自然與生活科技領域之科任教 師進行詴題內容的討論和題目修辭語的適合度進行修正，並於詴題 編制完成後進行預詴，測驗題目15題，分別為選擇題10題共50分， 配合題5題，每題有5個配合選項測驗共50分；選擇題答對1題的給5 分；配合題每1個配合項目2分，總分100 分。. 52.
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